Геномные подписи адаптации помогают подобрать сорта растений к климатическим стрессам
Исследование под руководством генетика из Университета штата Канзас показало, что геномные подписи адаптации у сельскохозяйственных культур могут предсказать, как сорта отреагируют на стрессовые условия окружающей среды.
Это первое исследование, которое документально подтвердило, что такие геномные подписи могут помочь идентифицировать растения, которые будут хорошо себя чувствовать при определённых стрессах, таких как засуха или токсичные почвы, — заявил Джефф Моррис, доцент агрономии.
Исследование проводилось на сорго — одной из старейших и наиболее широко выращиваемых зерновых культур в мире, культивируемой в Африке, Азии и в самых суровых сельскохозяйственных регионах. В мировых генбанках хранится более 43 000 разновидностей сорго.
«Поскольку сорго является основным продуктом питания для почти полумиллиарда человек, нам необходимо повышать его урожайность и устойчивость к суровым условиям», — отметил Моррис.
Учёные из Университета штата Канзас, Корнеллского университета и Международного института исследований сельскохозяйственных культур в полузасушливых тропиках (ICRISAT) проанализировали генетическую информацию около 2000 сортов сорго. Поскольку каждый сорт происходил из конкретной деревни в Африке или Индии, исследователи смогли связать генетические различия с выживанием в определённой среде.
На основе этих данных Моррис и его коллега Джесси Ласки из Института Земли Колумбийского университета смогли составить «геномную подпись» адаптации к окружающей среде для каждого сорта. Эта подпись отражает, как разные сорта адаптировались к стрессорам, таким как засуха и токсичные металлы в почве.
Затем команда провела полевые испытания, подвергнув растения засухе, чтобы проверить, может ли геномный анализ предсказать, какие сорта сохранят продуктивность. Тесты проводились на сотнях сортов в ICRISAT (Индия) и в Техасском университете в Остине. Данные подтвердили, что геномные подписи позволяют идентифицировать сорта, устойчивые к стрессу.
Результаты были занесены в базу данных, призванную помочь селекционерам сорго в развивающихся странах с ограниченными ресурсами лучше прогнозировать, какие сорта будут успешно расти в условиях конкретной среды и прогнозируемой погоды.
«Геномный анализ никогда не заменит полевых испытаний, но он может помочь нам выявить полезные сорта и гены для повышения устойчивости к стрессу», — сказал Моррис. — «Мы надеемся, что этот подход поможет создать новые «климатически оптимизированные» сорта для фермеров в самых сложных для земледелия регионах мира».
Исследование «Genome-environment associations in sorghum landraces predict adaptive traits» опубликовано в открытом доступе в журнале Science Advances.